LA LIGNINA EN LAS ESPUMAS FENÓLICAS

1. RESUMEN: La lignina extraída de bagazo de caña de azúcar puede reemplazar parcialmente fenol en la preparación de resinas fenólicas. En este trabajo se discute la aplicación de prepolímero resólico, y el fenol fue sustituido parcialmente por lignina (25%, la masa de lignina / fenol de masas) con el fin de obtener un material con características de plástico celular. Esto es caracterizado como una espuma estructural con características de aislamiento térmico.

2. INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo tiene por finalidad reemplazar la lignina, un producto natural que puede ser extraído por la caña de azúcar. Para remplazarlo al formaldehido en dorma de fenol en este trabajo.Respecto al tipo de polímero utilizado, las espumas se pueden clasificar como termoplástico, que se utiliza en un polímero termoplástico, extruido con un gas para producir películas o placas, con la posibilidad de obtener diferentes densidades o como termoestable, donde las macromoléculas se reticulan durante el proceso de expansión. Este aspecto es una de las principales dificultades de la producción de espuma de: medir el tiempo del proceso químico de reticulación con la expansión.

Espuma se produce por la volatilización del agente de expansión, por ejemplo, un líquido de bajo punto de ebullición, que se produce debido al calor producido por la reacción de reticulación del prepolímero. En este caso tener un proceso de expansión física y la volatilización de bajo punto de ebullición del líquido. La expansión puede ser causada por agentes químicos que son sólidos que se descomponen a temperatura elevada para formar un gas. Por otra parte, el agente de soplado puede estar formado como un subproducto de la reacción, como ocurre con cierta poliuretano y PVC, en el que el dióxido de carbono se forma por la reacción de isocianato con agua.

Las propiedades de las espumas son una consecuencia de la naturaleza del polímero, la densidad y morfología. La densidad aparente determina las propiedades mecánicas. El polímero es responsable de la resistencia a las altas temperaturas, los agentes químicos y al fuego. La morfología es responsable de las propiedades térmicas y acústicas. Morfología del polímero y la conducta representan la línea de costa (absorción y difusión).

La propiedad mecánica más importante de la resistencia de una espuma a la deformación por compresión a una deformación del 10%. Las espumas incluso pueden clasificarse De acuerdo a esta propiedad: rígida - resistencia a la compresión> 0080 MPa; semirrígido - resistencia a la compresión en el rango de 0,015 MPa - 0,080 MPa; flexibles - Resistencia <0,015 MPa. Las espumas flexibles por lo general consisten en células abiertas siendo permeable al aire y reversibles cuando se deforma, con una resistencia limitada cuando se aplica esfuerzo, mientras rígido cerrado células exhiben típicamente muy pequeña permeabilidad a los gases y una baja capacidad de recuperación.

La estructura consta de un núcleo de espuma formado con aparente baja densidad de células cerradas recubiertos por una fina capa del mismo polímero - piel - este aislamiento

térmico con resistencia mediante la combinación de la forma. La espuma estructural término no tiene una definición precisa, pero se puede considerar que son las espumas rígidas con una densidad de 320 kg / m3. De resinas fenólicas obtenidas por policondensación bajo catálisis alcalina (prepolímero de resol) de espuma se produce, por lo que la reticulación en presencia de un ácido. La evaporación del agente de soplado, típicamente un hidrocarburo halogenado añadido al prepolímero se produce debido a que el calor liberado por la reacción de reticulación. La presencia de un tensioactivo en la formulación es necesaria para promover la emulsificación de la expansión y la estabilización del agente de espuma formada. El curado de la espuma se realiza en presencia de un ácido, y la reacción es completa y la espuma se endurece por completo al tratamiento térmico a una temperatura de aproximadamente 70  a C o más en algunos casos.

La espuma fenólica tiene la misma característica de la resina: duro y quebradizo, estas propiedades se acentúan en espumas con pequeño tamaño celular (<80 m M) o alto número de células abiertas.

La tecnología para obtener células cerradas es más reciente, como las espumas fenólicas fueron inicialmente sólo las células abiertas. Las espumas con celdas cerradas retener el agente de soplado, siendo un gas de bajos resultados de conductividad térmica en un material que se puede utilizar para el aislamiento térmico. Espumas de celda abierta absorben el agua y, naturalmente, cuanto mayor es el número de células abiertas es mayor absorción de agua. Este tipo de espuma se conoce como la espuma floral, con una densidad de alrededor de 20 kg / m 3 .

En comparación con otros materiales orgánicos utilizados en el aislamiento, espuma fenólica tiene ventajas tales como una excelente resistencia al fuego, así como el hecho de su combustión genera humo de baja densidad y los gases de baja toxicidad.

El agente de soplado afecta a la densidad de la espuma fenólica de la misma manera observado en otras espumas: aumento de la concentración, la densidad disminuye a un mínimo. Este es el punto de máxima eficiencia, en la que una espuma de baja densidad se puede conseguir con una estructura celular uniforme. Un aumento adicional de la concentración del agente de soplado provoca el colapso de la espuma.

La morfología de la espuma es una función de la reactividad del prepolímero. Para obtener espumas de baja densidad, es necesario que el prepolímero es altamente reactivo. Además, para una formulación dada, se requiere una gran masa de material para la formación de espuma a fin de obtener una espuma de baja densidad. Cuando una pequeña cantidad de material de formación de espuma, en un molde de metal, que tiene una alta eficiencia en el intercambio de calor, la espuma obtenida tiene una estructura heterogénea con variación en la densidad de células y tamaño de la celda. Es decir, la estructura de la célula es una función de la reactividad del prepolímero, ya que esto afecta a la cantidad de calor liberado, que es un factor determinante en el proceso de formación de espuma y la velocidad de reticulación.

El espesor y porosidad de la superficie de la espuma pueden afectar a las propiedades de barrera y por lo tanto el aislamiento térmico de la espuma. El espesor de la piel formado puede ser controlado por la temperatura del molde. Si el molde se calienta en el intervalo de 60-80 a C, la piel se hace más delgada que si la espuma se moldea a temperatura

ambiente. La espuma así obtenida combina excelentes propiedades térmicas, acústicas y de inflamabilidad, además de ligereza, estabilidad dimensional y una buena resistencia a la humedad.

Las ligninas en fenolformaldehído Resinas

Debido a la naturaleza de la estructura fenólica de lignina, que puede ser utilizado para reemplazar parcialmente el fenol. Las primeras aplicaciones para este uso fue en la producción de adhesivos de lignina, que se utiliza en pellets de madera y similares. Entre otras aplicaciones propuestas, se puede observar la producción de resinas de la reacción de la lignina con fenol y formaldehído para obtener un producto moldeado.

3. FORMULACION DEL PROBLEMA

El uso de recursos naturales es mucho mas grave. Pues estos recursos tiendes a sobrevalorarse mientras la explotación y demanda aumentan.La estabilidad del precio y el uso de recursos renovables es una alternativa adecuada para cualquier industria.Ademas la lignina es un subproducto de la fabricación de hojas de papel. Como subproducto su precio es menor.

4. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Utilizar recursos renovables para sustituir productos no renovables. Bajar los costos de producción en las espumas en este caso, por utilizar un

producto de mas bajo costo y asi el producto final será mas accesible en la población.

Dar a conocer la importancia de las nuevas tecnologías que son a base de la agricultura. Y nuevamente explotar los campos agrícolas.

5. HIPOTESIS

El interés en la sustitución del fenol-lignina es el hecho de que el fenol se obtiene actualmente a partir de un aceite de una fuente no renovable, mientras que la lignina se puede obtener a partir de materias primas renovables tales como, por ejemplo, la caña de azúcar triturada.

6. PREPARACION DE LA ESPUMA DE FENOL Y LIGNINA.

a) Preparación de fenol formaldehído de pre-polímero

Después de varios experimentos en los que se evaluaron los parámetros que influyen en la cinética de la reacción - temperatura, relación molar y secuencia de adición de los reactivos, se adoptó el siguiente procedimiento para la preparación del prepolímero de fenol formaldehído : fenol (100 g ), acuosa al 37% de formaldehído (138 g) y carbonato de potasio (6 g) de hidróxido se colocaron en un matraz de 500 ml de tres bocas con agitación mecánica, condensador de reflujo y termómetro. La mezcla de reacción se calentó bajo constante a 70 ° C durante 30 minutos de agitación, luego se retira del calor y

se enfrió en un baño de hielo a temperatura ambiente.El pH se ajustó a 7 con HCl, y luego se retira el agua usando un evaporador rotatorio.

b) Preparación del prepolímero de la lignina-fenol-formaldehído

La preparación del prepolímero de lignina-fenol-formaldehído se llevó a cabo en tres etapas: la solubilización de la lignina (25 g) en hidróxido de potasio (2 g en 100 ml de agua destilada) a 70 ° C durante 25 min con agitación constante en un matraz de tres bocas de 500; hidroximetilación de la lignina mediante la adición de 50 g de solución de formaldehído al 37%, manteniendo las condiciones descritas anteriormente durante 45 min; polimerización mediante la adición de 4 g de sodio (puro) de hidróxido y después de 5 min, 75 g de fenol (puro).Después de 15 min. se añadió 112 g de solución de formaldehído al 37%, continuando la reacción durante 45 min a 70 ° C. Después de enfriar a temperatura ambiente, el pH se ajustó a 7 con HCl eliminación de agua usando un evaporador rotatorio.

El resol así obtenida se almacenó a 5 ° C, hasta su utilización en la preparación de la espuma.

Preparación de Espumas

De la reacción de fenol-formaldehído de tipo resol obtenida, se obtuvo la espuma de resol fenólico convencional y de donde la lignina de fenol sustituido parcialmente, se obtuvo espuma lignina-fenol-formaldehído.

Espuma fenólica

Los siguientes componentes se mezclaron, con agitación mecánica, el vertido de la mezcla final en dos moldes de aluminio con las dimensiones 200 x 50 x 25 mm 100 acciones del resol obtenido, 1 parte de resorcinol, 2 partes de agente tensioactivo (DABCO DC 5604 - Air Products), 10 partes de agentes de soplado (tricloro-trifluor-etano "Freon TF" Du Pont), 10 partes de ácido fenolsulfónico en solución acuosa 67% (Quirios).

El curado se realiza en una incubadora a 70 ° C durante 12 horas, desmoldando-extremo, y cera de carnauba utilizado como un agente de liberación de molde.

Lignina de espuma de fenol formaldehído

En las mismas condiciones que las descritas anteriormente, se mezclaron con 100 g de prepolímero, 1,5 g de tensioactivo, 10 g de resorcinol, 20 g de agente espumante, 40 g de ácido fenolsulfónico (solución acuosa al 67%). Se siguió el mismo procedimiento descrito anteriormente.

Proceso 1:

SOLUBILIZAMOS LA LIGNINA

Inicio

PREPARACION DEL PREPOLIMERO A BASE DE

LA LIGNINA

ALMACENAMOS A 5 ºC

HIDROXIMETILACIÓN DE LA LIGNINA

POLIMERIZACIÓN MEDIANTE LA ADICIÓN

fin

Proceso 2

Inicio

Con agitación mecánica, el vertido de la mezcla final en dos moldes de aluminio con las dimensiones 200 x 50 x 25 mm.

Mezclar con 100 g de prepolímero, 1,5 g de tensioactivo, 10 g de resorcinol, 20 g de agente espumante, 40 g de ácido

Curar en una incubadora a 70 ° C durante 12 horas

fin

Variables dependientes e independientes:

Variables dependientes:

Dureza:

El ensayo de dureza se llevó a cabo utilizando un modelo de WULTEST durómetro MF2

penetradores de escala Shore D de acuerdo con la norma ASTM-D-2240 estándar y se

lleva a cabo a temperatura ambiente. Para cada tipo de espuma se utilizaron tres

muestras, con las siguientes dimensiones: 50x50x20 mm. Para cada muestra cinco

mediciones se realizaron en diferentes posiciones, espaciadas por mm de distancia de

más de 6. El resultado mostrado es el valor medio con su desviación estándar.

Resistencia a la compresión

Los resultados de las mediciones de resistencia a la compresión se muestran en la Tabla. La espuma de lignina-fenol-formaldehído obtenido tiene las características estructurales de una espuma fenólica con resistencia a la compresión mucho más alto que lo reportado en la literatura para la espuma fenólica convencional.

Densidad aparente

La densidad de la muestra obtenida se determinó por la relación entre la masa y el volumen calculado por medición de las dimensiones con un calibrador de la muestra. Se realizaron cinco mediciones para cada muestra de acuerdo con la norma ASTM D-1622 a temperatura ambiente.

Variables independientes:

Como variables independientes podemos utilizar.

Cantidad de lignina dentro del fenol del prepolimero.

Podemos variar el contenido para obtener una densidad aparente mucho mayor.

Temperatura

Al aumentar la temperatura de la incubadora podemos agilizar el proceso de curado en un

rango de 60 a 80 ºc en este aspecto la dureza puede variar.

Cantidad de tensio- activo:

Al Modificar el tensioactivo podemos podificar la densidad aparente junto con el poder de

compresión.

7. CONCLUSIONES

Podemos concluir que, el utilizar la lignina en este proceso podemos reemplazar parcialmente al fenol. Evitando el problema de, pensar en una alternativa para el futuro del producto del fenol por la lignina. El costo de lignina en el mercado es menor que el costo del fenol y esto es por la producción del fenol en el proceso.